Организация систем широкополосного проводного абонентского доступа
1. Организация абонентского доступа посредством концентрации абонентской нагрузки
Одним из возможных решений задачи построения единой инфраструктуры сети абонентского доступа в условиях пространственной удаленности пользователей и ограниченного числа оконечных коммутационных систем является применение средств концентрации абонентской нагрузки. К таким средствам, как правило, относят учрежденческие АТС (УАТС), мультиплексоры (частотные, временные, статистические и пр.), концентраторы различного типа (например, цифровые концентраторы телефонных линий) и др. Перечисленное оборудование предназначено для объединения абонентского трафика проводных или беспроводных АЛ и передачи группового сигнала к узлу соответствующей сети (СТфОП и/или СПД) по кабелю (например, волоконно-оптическому).
Построение систем абонентского доступа на основе мультиплексоров. Простым способом подключения к сети группы абонентов с однотипными терминальными устройствами является применение мультиплексоров (МР). Широкое распространение получили МР, использующие технологию временного разделения каналов (TDM). Это вид мультиплексирования, при котором парам взаимодействующих систем для передачи данных физический канал предоставляется по очереди. Для построения абонентских узлов концентрации применяется каскадное соединение МР. Недостатком типовых МР, реализующих TDM, является ограниченность номенклатуры поддерживаемых ими интерфейсов. Как правило, такие МР способны объединять каналы плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ) от E0 до E3.
На основе МР TDM разработано целое поколение "гибких" мультиплексоров, которые наряду с объединением каналов ПЦИ способны поддерживать взаимодействие с оконечными станциями в ходе предоставления абонентам различных услуг связи. Вариант построения сети доступа на основе мультиплексоров типа МП представлен на рисунке 1. Мультиплексоры МП обеспечивают формирование из сигналов абонентских интерфейсов (АИ) с различными скоростями передачи (аналоговых, цифровых, базового доступа УЦСИС) групповых цифровых сигналов Е1 (G.704) одного (МП-1), двух (МП-2), четырех (МП-4) и восьми (МП-8) направлений передачи.
Рисунок 1. Применение мультиплексоров типа МП-2 в сети доступа
Блоки абонентских интерфейсов конфигурируются под конкретные приложения. В приведенном примере:
- блок АИ АТА обеспечивает аналоговые интерфейсы, осуществляет ввод/вывод речевых сигналов в диапазоне 0,3–3,4 кГц, их преобразование в ОЦК. Блок АИ АТА реализуется в виде совокупности абонентских и станционных комплектов, позволяющих подключить соответствующее количество абонентских и соединительных линий и интерпретировать сообщения сигнализации аналоговых АТС;
- блок АИ ЦТА предназначен для ввода/вывода ОЦК в сигнал Е1 одного из направлений передачи;
- блок АИ ЦСИС организует базовый доступ УЦСИС. Реализация цифровых АЛ при этом может осуществляться как на уровне S/T так и U-интерфейсов.
Блок контроля и управления (КУ) предназначен для подключения средств мониторинга МП, например ПЭВМ оператора (техника). Этот интерфейс используется при необходимости переконфигурировать мультиплексор (например, заменить АИ).
Последние поколения МР допускают применение расширенного перечня типов блоков АИ. Так, при необходимости предоставления абонентам услуг пакетной телефонии и ПД вместе с МР TDM следует применять дополнительные устройства (пакетные маршрутизаторы) либо использовать статистические мультиплексоры (статистическое уплотнение данных и сжатие речевой информации). Например, для обеспечения абонентского доступа к сети Frame Relay используются либо устройство, называемое сервер доступа FR (FRAD), либо мультипротокольный пакетный (периферийный) коммутатор. Последний представляет собой универсальное устройство (рис. 2), совмещающее в себе функции узла коммутации и доступа Frame Relay, центр коммутации пакетов Х.25, моста/маршрутизатора локальной вычислительной сети (ЛВС), телефонного коммутатора и пр.
В последние годы с ростом возможностей периферийных мультиплексоров, расширением номенклатуры поддерживаемых ими протоколов появилось новое поколение коммутационной техники – многофункциональные мультиплексоры (ММ). В сетях доступа на ММ могут возлагаться функции коммутатора, маршрутизатора, моста ЛВС и мультиплексора "речь/данные/факс/видео" и шлюза защиты информации .
Последние образцы ММ поддерживают только коммутацию пакетов, что, по мнению части экспертов, позволяет сконфигурировать устройство исходя из любых потребностей конкретных пользователей. Очевидно, что такое решение существенно усложняет управление сетью абонентского доступа и увеличивает его стоимость.
Рисунок 2 Система доступа на основе мультиплексоров с FRAD
Так, при создании СД на базе ММ одной из важнейших задач является совместная маршрутизация информации, имеющей ограниченное время передачи (речь, звук и видео "в прямой трансляции") и данных, допускающих задержку при доставке (электронная почта, факс, звук и видео "в записи"). Сообщениям первого типа ("интерактивной" информации) присваивается приоритет (относительный или абсолютный) перед сообщениями второго типа. В соответствии с существующими стандартами суммарная задержка речевого сигнала в тракте "абонент–абонент" не должна превышать 150 мс. В сетях с коммутацией пакетов добиться выполнения этого требования только назначением приоритетов не всегда удается. Особенно это проявляется при связи на расстояниях свыше 1 000 км.
Таким образом, современные МР поддерживают существующие протоколы передачи и сигнализации. Однако отсутствие в МР специальных средств управления СД не позволяет этим средствам коммутации вытеснить УАТС из местных сетей.
Построение систем абонентского доступа на основе УАТС. Крупные локальные группы пользователей, удаленные от оконечных сетевых узлов, целесообразнее всего объединять при помощи УАТС. Современные УАТС поддерживают большинство имеющихся технологий передачи информации и протоколов сигнализации, что способствует созданию сетей доступа с полной номенклатурой телекоммуникационных услуг (рис. 3). На УАТС могут возлагаться задачи аналого-цифрового и цифроаналогового сопряжения сети доступа и транспортной сети. Кроме того, на УАТС могут быть возложены задачи базовой станции беспроводной связи (например DECT) или контроллера базовых станций макро- (GSM, NMT), микро- (DECT, СТ-2) или пикосотовых сетей связи .
Нагрузка УАТС в явном виде делится на внутреннюю, исходящую и входящую. Наличие собственных коммутационных приборов позволяет при помощи УАТС изолировать сеть связи от внутреннего трафика этой локальной группы абонентов. Фактически УАТС имеет свою локальную сеть доступа, на которой может использоваться любая из соответствующих технологий (модемы, xDSL – средства и др.). Соединительные линии (СЛ) от УАТС к АТС также могут реализовывать различные технологии передачи сигналов, в том числе использовать АСП, ЦСП, средства xDSL и оборудование первичного доступа ЦСИС.
Рисунок 3. Система доступа на основе УАТС
Подключение УАТС к базовой сети может осуществляться двумя способами (рисунок 4.: к абонентскому окончанию АМТС базовой сети (рис. 4. а); к станционному окончанию АМТС базовой сети (рис. 4. б).
Рисунок 4. Варианты подключения УАТС к базовой сети
Первый случай подключения характеризует УАТС как средство расширения номерной емкости АМТС. Во втором случае УАТС становится практически полноправным элементом базовой сети. В промышленном секторе на УАТС могут возлагаться функции организации диспетчерских, оперативных, сервисных и/или справочных сетей и служб. Это связано с тем, что, в отличие от мультиплексоров УАТС может иметь рабочие места телефонистов, позволяющие вмешиваться операторам станции в процессы обслуживания вызовов, управлять алгоритмами установления соединений и т. д.
Другим направлением развития данной технологи доступа является реализация концепции "компьютерно-телефонной интеграции" (CTI). Сущность данного подхода состоит в объединении на единой аппаратно-программной платформе функций коммутационной системы и центрального сервера ЛВС предприятия . Конструктивно такая УАТС (рис. 5) представляет собой ПЭВМ, в составе которой имеются платы линейных окончаний и специализированное программное обеспечение (ПО). Такие коммутационные системы получили название "псевдоАТС" (un-PBX).
Для УАТС на основе ПЭВМ упрощается решение вопросов обеспечения ПД, взаимодействия с ЛВС, базами данных и другими информационными приложениями. Однако разработанные на сегодняшний день платы линейных окончаний имеют ряд ограничений как по поддерживаемым технологиям сигнализации, так и по предоставляемым дополнительным видам обслуживания. Но un-PBX, в отличие от типовых УАТС, являются открытыми системами в смысле дальнейшего своего совершенствования без привязки к конкретной технологии СД, а только посредством внесения изменений в ПО.
УАТС на основе интеллектуальных серверов являются на сегодняшний день технологической вершиной развития un-PBX. Такая УАТС способна: выбрать оптимальный в текущих условиях алгоритм обслуживания вызовов (для речи, ПД, мультимедиа-приложений); организовать деятельность офиса через специальную систему оповещения (систему "офис-менеджмента"); переконфигурировать ЛВС, например под нужды проводимой теле- или видеоконференции; оказать помощь сотрудникам при эксплуатации данной un-PBX, рабочих станций ЛВС или в ходе использовании тех или иных информационных (телекоммуникационных) услуг.
Рисунок 5. Упрощенная структурная схема УАТС на базе ПЭВМ
Из-за широкого применения Internet-технологий un-PBX стали строиться не посредством расширения возможностей одной из рабочих станций корпоративной ЛВС, а на основе модернизации средств IP-сети (например на аппаратно-программной базе привратника или шлюза Н.323). Несмотря на используемое название рассмотренного подхода "компьютерно-телефонная интеграция", современные un-PBX обеспечивают предоставление пользователям большого объема нетелефонных услуг связи, в том числе поддержку работы распределенного коллектива, видео по запросу и даже телевидение.
Организация абонентского доступа на основе цифровых абонентских концентраторов.
Внедрение в современных системах абонентского доступа оптических направляющих систем привело к появлению целого семейства средств концентрации абонентской нагрузки с последующей ее передачей по волоконно-оптическому кабелю. Такие средства получили название "цифровые системы концентрации телефонных линий" (DLC). Аппаратура рассматриваемого типа реализует мультиплексирование/демультиплексирование цифровых потоков, принимаемых по АЛ, поэтому считается, что данный вид оборудования занимает промежуточное положение между УАТС и мультиплексорами, обеспечивая передачу данных по любому типу оптических кабелей со скоростью от 1,2 до 34 368 кбит/с. На передаче оборудование DLC представляет собой мультиплексор на базе TDM с различными пользовательскими интерфейсами и линейным интерфейсом для непосредственного подключения к ОК (линейный код CMI). На приеме выполняются обратные преобразования. Архитектура построения сети абонентского доступа на основе применения технологии DLC представлена на рисунке 6.
Станционный полукомплект DLC (Ст. DLC), взаимодействующий с АТС и коммутатором сети передачи данных, устанавливают в помещении сетевого узла или узла доступа, абонентские полукомплекты (Аб. DLC) – в местах концентрации пользователей. Вместе станционные и абонентские полукомплекты и ОК между ними образуют систему передачи DLC.
Терминальное оборудование подключается к абонентским полукомплектам посредством обычных медных пар (АЛ), а при наличии плат базового радиоблока DECT – по радио. В отличие от традиционных решений, где абонентское устройство (терминал) соединяется непосредственно с АТС с помощью витой медной пары, в технологии DLC к АТС подводится цифровой групповой поток, в котором содержится несколько десятков или даже сотен каналов.
Станционный полукомплект DLC подключается к АТС цифровыми соединительными линиями. В современных системах DLC групповой поток передается по двум оптическим волокнам (ОВ), находящимся в одном или разных ОК.
Для подключения станционного полукомплекта DLC к АТС вместо ОК возможно применение симметричного кабеля или организация радиорелейной линии, однако данные режимы являются, как правило, аварийными.
Набор пользовательских интерфейсов абонентских полукомплектов DLC включает в себя аналоговый абонентский двухпроводной интерфейс (Z-интерфейс), аналоговый интерфейс с сигнализацией Е&М, цифровой интерфейс (V.24 или V.35), интерфейс ЦСИС. Станционные интерфейсы предусматривают подключение к аналоговым АТС (по абонентскому двухпроводному стыку или интерфейсу Е&М), цифровым АТС (по стыку Е1 с сигнализацией V.51 или стыку Е3 с сигнализацией V.52). Естественно, предусматривается и подключение по интерфейсу ЦСИС и цифровому интерфейсу V.24/V.35 для подключения к сети передачи данных.
Рисунок 6. Общая схема организации абонентского доступа на основе технологии DLC
Линейные интерфейсы современной аппаратуры DLC весьма разнообразны. Оптический интерфейс предназначен для подключения полукомплектов DLC к ОВ (линейная скорость передачи от 34 до 155 Мбит/с). Длина волны лазерного излучателя может быть либо 1 310, либо 1 540 нм. Электрический интерфейс соответствует стандартам ПЦИ (Е1–Е3), позволяет подключаться к высокоскоростным сетям, например к сети синхронной цифровой иерархии. Есть возможность подключать аппаратуру через тракты HDSL или радиорелейные линии, а на небольших расстояниях (до 1 км по Е1) соединять элементы системы непосредственно.
Один абонентский полукомплект DLC реализует концентрацию трафика от группы абонентских терминалов численностью до 672 аппаратов. Увеличение мощности узлов доступа реализуется установкой дополнительных полукомплектов аппаратуры. Так, при использовании двух таких блоков и встроенного узла статистического уплотнения появляется возможность для подключения до 2 016 абонентов. Станционные полукомплекты DLC могут работать встречно на межстанционных соединительных линиях, что позволяет строить сети абонентского доступа разной конфигурации, например "звезда", "каскад", "дерево".
В состав типовой системы DLC входит один станционный полукомплект и один или нескольких абонентских полукомплектов. Конструктивно каждый полукомплект представляет статив, который может содержать от одной до восьми 19-дюймовых кассет, одна из которых – блок оптического окончания для подключения ОК. Система DLC управляется с помощью персонального компьютера, подключаемого к любому из полукомплектов. Программное обеспечение позволяет производить конфигурацию (в том числе назначение временных каналов – CROSS-CONNECT), обслуживание, аварийный надзор, самодиагностику, учет нагрузки, сбор статистики, администрирование и т. д.
Современная система передачи DLC может взаимодействовать с периферийными коммутаторами пакетных СПД (по аналогии с рассмотренным выше) и обеспечивает передачу этого трафика по ОК. В перспективных образцах предусматривается интеграция технологий DLC и АТМ.